Redis 基础回顾：数据结构概览、常用命令、单线程模型与性能优势

在深入缓存读写分离架构之前，必须夯实 Redis 核心基础。本章将系统梳理 Redis 的五大基础数据结构、对应的常用命令、单线程事件驱动模型及其性能优势，为后续的接口契约设计提供底层认知支撑。

2.1 五大基础数据结构概览

Redis 并非简单的键值存储，其值类型支持多种数据结构。理解每种结构的底层实现与适用场景，是正确设计缓存接口的前提。

2.2 常用命令分类速查

命令是接口契约的最小单元。以下按数据结构分类列出最常用的命令，并标注时间复杂度，帮助你在设计接口时预判性能瓶颈。

String 命令

SET key value [EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX]   # O(1)
GET key                                                # O(1)
INCR key                                               # O(1)
MSET key1 val1 key2 val2                               # O(N)
MGET key1 key2                                         # O(N)
STRLEN key                                             # O(1)

List 命令

LPUSH key value [value ...]   # O(1) 每个元素
RPUSH key value [value ...]   # O(1)
LPOP key                      # O(1)
RPOP key                      # O(1)
LRANGE key start stop         # O(S+N)，S为偏移量，N为返回元素数
LLEN key                      # O(1)

Hash 命令

HSET key field value          # O(1)
HGET key field                # O(1)
HMSET key f1 v1 f2 v2         # O(N)
HMGET key f1 f2               # O(N)
HDEL key field [field ...]    # O(N)
HGETALL key                   # O(N)，N为字段数
HLEN key                      # O(1)

Set 命令

SADD key member [member ...]  # O(1) 每个元素
SREM key member [member ...]  # O(1)
SMEMBERS key                  # O(N)
SISMEMBER key member          # O(1)
SCARD key                     # O(1)
SINTER key1 key2              # O(N*M)

Sorted Set 命令

ZADD key score member [score member ...]   # O(log N) 每个元素
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]         # O(log N + M)
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]      # O(log N + M)
ZREM key member [member ...]               # O(log N) 每个元素
ZSCORE key member                          # O(1)
ZCARD key                                  # O(1)
ZRANK key member                           # O(log N)

2.3 单线程模型与性能优势

Redis 的核心处理线程是单线程的，但这并非性能瓶颈，反而是其高性能的关键设计。理解单线程模型有助于在接口契约中合理控制并发与阻塞操作。

单线程模型的核心优势

单线程模型的注意事项

• 慢查询阻塞：单个耗时命令（如 KEYS *、SMEMBERS 大集合、ZRANGE 大范围）会阻塞整个事件循环，导致后续所有请求排队等待。接口契约中必须对这类操作设置超时或改用 SCAN 系列命令。
• 大 Key 风险：单个 Key 存储超过 10 MB 的数据（如大 String、大 Hash）会导致读写延迟飙升。接口契约应限制单 Key 大小，或采用分片策略。
• CPU 密集型操作：虽然 Redis 操作主要是内存访问，但 SORT、ZUNIONSTORE 等命令会消耗较多 CPU。接口设计时应评估复杂度，避免在高峰期执行。

2.4 数据结构选择与接口契约的映射关系

在缓存读写分离架构中，接口契约的数据结构选择直接影响读写性能与一致性维护成本。以下给出常见业务场景与推荐数据结构的映射关系。